Notion de base sur le signal ECG

Notion de base sur le signal ECG 

Le signal Electrocardiogramme, (ECG) est un outil précieux pour le diagnostic médical ; il doit être bien interprété par le médecin pour un diagnostic correct en cardiologie. Il est donc impératif de comprendre le fonctionnement du cœur et la genèse de ce signal afin de faciliter l’analyse et préciser le diagnostic en vue de prescrire un traitement adéquat au patient.

Anatomie du cœur 

Le cœur est un muscle creux (poids 270 g chez l’adulte), à contraction rythmique dont la fonction est d’assurer la progression du sang à l’intérieur des vaisseaux. Le cœur est situé dans le thorax  entre les deux poumons, il repose sur le diaphragme dans le médiastin antérieur, derrière le sternum et en avant de la colonne vertébrale. Le cœur est de forme pyramidale triangulaire avec un grand axe oblique en avant, à gauche et en bas, une base en arrière et à droite. La pointe est en regard du 5° espace intercostal gauche [1].

Il est divisé en 4 cavités  par une cloison verticale et une cloison horizontale en 2 cavités supérieures: les oreillettes; et en 2 cavités inférieures : les ventricules. Les deux oreillettes sont séparées par le septum inter auriculaire (cloison entre les 2 oreillettes). Les deux ventricules sont séparés par le septum inter ventriculaire (SIV). Les oreillettes communiquent aux ventricules par les orifices auriculoventriculaires[1].

Le sang veineux arrive de la périphérie par la veine cave inférieure (VCI) et la veine cave supérieure (VCS), pour rejoindre les cavités droites. Après oxygénation par son passage dans la vascularisation pulmonaire  , le sang rejoint le cœur gauche par les veines pulmonaires. Le sang oxygéné est éjecté dans la grande circulation par le ventricule gauche [1].

Le cœur peut être considéré comme une double pompe musculaire, animée essentiellement par le myocarde des ventricules droit et gauche, fonctionnant grâce au tissu nodal (où naît l’automatisme cardiaque) et à la circulation sanguine coronaire, pulsant le sang de manière synchrone dans les circulations pulmonaire et systémique qui rétroagissent sur son fonctionnement, adaptant le débit sanguin qu’il produit aux besoins de l’organisme grâce à un système de régulation nerveux et humoral [3].

La genèse du signal électrique cardiaque

Le cœur trouve en lui-même sa propre source d’activité, il ne possède ni innervation sensitive, ni motrice, son activité rythmique est automatique, assuré par un système électrique particulier, en effet le cœur comporte deux types de cellules :
– cellules de tissu nodal.
– Cellules qui répondent à ces impulsions par un raccourcissement (cellules du myocarde indifférencié)
– les cellules nodales produisent spontanément et conduisent l’impulsion. Ils sont caractérisés par : l’automatisme, l’excitabilité et la conduction. Le système nerveux végétatif n’intervient qu’à titre de régulateur surajouté qui fait varier le rythme et adapter à chaque instant le travail cardiaque au besoin de l’organisme [2]. Le tissu nodal est fait de :
– le nœud sino-auriculaire (NSA) ou nœud de Keith et Flack situé dans la paroi postérieure de l’oreillette droite , à proximité de l’abouchement de la veine cave supérieure.
– Le nœud auriculo-ventriculaire (NAV) ou nœud d’Aschoff Tawara situé dans la région postérieure droite du septum inter auriculaire proche de la valve auriculo- ventriculaire.

Le nœud AV manque d’automaticité et est incapable d’engager une impulsion ou un rythme cardiaque électrique, mais les tissus de jonction peuvent initier un rythme avec un taux inhérent de 40 à 60 battements par minute. Le nœud AV mène l’impulsion électrique des oreillettes aux ventricules après retarder la transmission d’environ 0,04 secondes, ce qui permet des oreillettes de se contracter et remplir les ventricules.

Ce nœud est prolongé par le faisceau de His au niveau du septum inter ventriculaire qui se divise après un court trajet de 1cm en 2 branches : droite, grêle, et gauche épaisse qui se divise très tôt en deux branches : antéro-supérieure gauche et postéro-inférieure gauche.

Les deux branches donnent d’innombrables ramifications sous endo-cardique : c’est le réseau de Purkinje qui s’étend du proche en proche dans le myocarde indifférencié [2].

Le tissu nodal possède un centre d’automatisme au niveau du nœud SA qui se dépolarise spontanément et envoi des impulsions électriques de façon rythmique (sans stimulation externe), ceci est en raison de l’instabilité du potentiel de repos ; d’ailleurs après chaque repolarisation, le potentiel diastolique maximal (≈ – 70mV pour les cellules du NSA), n’est pas constant, il augmentent progressivement jusqu’à atteindre une valeur critique c’est le seuil ou pré potentiel (≈ – 40 mV pour le nœud sinusal), au-delà duquel la dépolarisation se déclenche, il se produit alors un potentiel d’action  qui se propage de proche en proche et déclenche l’activité électrique et mécanique du cœur. Cette instabilité du potentiel de repos est en rapport avec un phénomène de perméabilité membranaire aux ions au cours de temps [2].

L’électrocardiographie 

L’électrocardiographie est l’étude des variations de l’enregistrement de l’activité électrique des cellules cardiaques, dont dépend la contraction du cœur. Le signal graphique enregistrable à travers des électrodes convenablement disposés est l’électrocardiogramme (ECG). Ce signal, modifié en cas d’anomalie de la commande de l’influx électrique ou de sa propagation, de la masse globale et régionale des cellules ou de leur souffrance éventuelle, donne des renseignements importants et très utilisés en médecine [3].

Historique
C’est en disséquant des grenouilles vivantes vers 1855, que le physiologiste* Müller (1801-1858-Allemand) et son élève Kölliker (1817-1905- Suisse), ont découvert que la mise en contact d’un nerf moteur de patte de grenouille avec un cœur isolé entraînait une contraction de la patte à chaque battement cardiaque. Il était donc logique pour eux de supposer que la contraction cardiaque était due à une décharge rythmée d’excitations électriques.

Au cours de l’année 1880 Ludwig (1816-1895) et Waller (1856-1922), physiologistes respectivement allemand et britannique, montrèrent que les excitations électriques du rythme cardiaque pouvaient être suivies à partir de la peau. Leur système était constitué d’électrodes de détection placées au contact même de la peau et relié à un tube capillaire placé dans un champ électrique. Le niveau du liquide du tube capillaire se déplaçait synchroniquement avec les battements cardiaques du sujet. Ils baptisèrent ce système « l’électromètre capillaire ». Ce système était trop peu sophistiqué pour une application clinique mais il ouvrait la voie à la surveillance de l’activité électrique du cœur à travers la peau. En 1878 la mise en évidence des phases QRS et T à l’aide d’un électromètre capillaire Willem Einthoven (21 mai 1860 à Semarang, Indes orientales néerlandaises – 29 septembre 1927 à Leyde, Pays Bas), physiologiste néerlandais, prix Nobel de médecine en 1924, améliore le système et permet la naissance vers 1901 d’un électrocardiographe pouvant enregistrer l’activité électrique cardiaque anormale et la comparer à une activité normale [8].

1842: découverte des potentiels électriques responsables de l’activité musculaire du cœur
1878: mise en évidence des phases QRS et T à l’aide d’un électromètre capillaire
1887: premier électrocardiogramme par Augustus D. Waller
1895: les cinq déflections P, Q, R, S et T sont observées par Willem Einthoven
1901 : galvanomètre à cordes en 1901
1942: premier tracé sur 12 voies par Emmanuel Godberger [4].

Le signal ECG
Le signal ECG   regroupe un ensemble d’ondes connues par l’onde P, Q, R, S, et l’onde T qui sont en corrélation directe avec l’activité cardiaque. Ces ondes occupent des localisations temporelles traduisant des intervalles qui sont généralement différents pour un même signal sain ou présentant une pathologie cardiaque. Ces intervalles connus par l’intervalle RR, QT, PQ, ou encore le segment ST et le complexe QRS sont d’un intérêt diagnostic certain et varient de différentes manières dans différentes pathologies. Ils permettent d’évaluer l’état normal ou anormal de la propagation de l’évènement électrique .

Ainsi ces différents ondes et intervalles induire respectivement :

1) L’onde P : la déflexion correspondant à la dépolarisation des oreillettes droite et gauche. Sa durée normale est inférieure ou égale à 0.12s.

2) Le complexe QRS correspond à un ensemble de déflexions dues à la dépolarisation des ventricules, l’onde Q est la première : c’est une onde dirigé vers le bas, qui n’est pas toujours visible sur le tracé ; la seconde est l’onde R : elle est de grande amplitude et dirigée vers le haut ; la dernière est dirigée vers le bas : c’est l’onde S.

3) L’onde T : la déflexion correspondant à la repolarisation ventriculaire. C’est un phénomène purement électrique et pendant cette phase le cœur est mécaniquement inactif.